Genética Quantitativa - Herança Poligênica e Multifatorial

05052023 1 Biométricos x mendelianos Wright Haldane Dobzhansky Genética Quantitativa Falconer Kempthorne Introdução East NilssonEhle Hipótese de Fatores Múltiplos 1 2 05052023 2 Raças Humanas 1 espécie espalhada pelo globo exceção Espécie Politípica 3 4 05052023 3 ALGUMAS CARACTERÍSTICAS OU DOENÇAS COMUNS COMO ALTURA PESO COR DA PELE ASPECTOS DO COMPORTAMENTO CÂNCER DIABETES DOENÇAS CARDÍACAS APRESENTAM AGREGAÇÃO FAMILIAL SEM CONTUDO APRESENTAREM UM PADRÃO DE HERANÇA DEFINIDO CARACTERÍSTICAS QUANTITATIVAS Tipos de Características Qualitativa Quantitativa Nº de Genes 1 ou 2 3 ou mais Efeito Gênico Pronunciado Pequeno Influência do ambiente pouca Grande Variação Descontínua Contínua Análise Por contagem e por Razões proporcionais Estatística média variâncias etc Exemplos ABO Cor e forma das ervilhas Peso Cor da pele altura fitness Ambiente todas as causas não genéticas que podem influenciar os indivíduos desde a época de sua concepção até o momento que a característica é avaliada Poligenia Vários genes que afetam a mesma característica Multifatorial Característica é influenciada por vários fatores G A 5 6 05052023 4 Herança Mendeliana ou Monogênica caracteres qualitativos não mensuráveis Herança monogênica dominante Fenótipos homozigoto AA e heterozigoto Aa similares Peso do corpo no gado Quantidade de leite N de ovos Tamanho de grãos Herança Quantitativa caracteres quantitativos distribuição gradativa contínua mensurável 7 8 05052023 5 GENÉTICA QUANTITATIVA parte da genética que estuda os caracteres quantitativos HERANÇA POLIGÊNICA herança dos caracteres quantitativos regulado por vários genes HERANÇA MULTIFATORIAL ou HERANÇA de CARACTERÍSTICAS COMPLEXAS interação de fatôres genéticos e ambientais Herança Quantitativa ou Poligênica Conceito Características determinadas pelos efeitos aditivos de 2 ou mais pares de genes POLIGENES manifestação de um fenótipo em diferentes intensidades estuda caracteres quantitativos Cada alelo aditivo determina o aumento da intensidade da expressão do fenótipo VARIAÇÃO CONTÍNUA Os alelos não aditivos não acrescentam nada na expressão do fenótipo Influenciadas por muitos fatores no ambiente Exemplos coloração da pele humana 2 ou mais pares de genes melanina HERANÇA QUANTITATIVA MULTIFATORIAL GENÉTICO AMBIENTE 9 10 05052023 6 Efeito aditivo de cada gene Loci de característica quantitativa QTL múltiplos genes que contribuem para um traço quantitativo Genético Ambiental Tuberculose Diabetes Estenose Hipertrófica Piloro Espinha bífida Comuns Multifatoriais Risco recorrência mais baixo Distrofia muscular Duchenne Fenilcetonúria Raras Unifatoriais Risco recorrência mais alto 11 12 05052023 7 Fenótipo X Fenótipo Y Ambiente gene B Gene C Gene D Doenças monogênicas Doenças multifatoriais Gene A Distribuição descontínua Codominância ou Efeito aditivo Caráter simples Cor de flores 13 14 05052023 8 Característica mais complexa 3 locos com efeito aditivo trigo aabbcc AABBCC AaBbCC Efeitos genéticos em características quantitativas 15 16 05052023 9 A variação é genética ou ambiental Cultive indivíduos de populações com diferentes médias fenotípicas em um mesmo ambiente Cultive indivíduos com o mesmo genótipo em diferentes condições Efeitos genéticos e não genéticos em caracteres quantitativos Expressos em termos de variância genética e não genética 17 18 05052023 10 A variação é genética ou ambiental Cultive indivíduos de populações com diferentes médias fenotípicas em um mesmo ambiente Cultive indivíduos com o mesmo genótipo em diferentes condições Efeitos genéticos e não genéticos em caracteres quantitativos Expressos em termos de variância genética e não genética 19 20 05052023 11 Herança Multifatorial sem Limiar É o tipo de herança da maioria das características nãopatológicas e que distinguem uma pessoa da outra cor da pele cabelos olhos perímetro cefálico altura Herança Multifatorial sem Limiar Distribuição contínua normal Gaussiana Regressão para a média 21 22 05052023 12 Herança sem limiar características contínuas A 10 B 10 A 10 B 01 A 01 B 11 A 11 B 10 A 11 B 01 A 11 B 11 A 10 B 11 A 11 B 00 A 00 B 11 Altura em cm N Gene A alelo 0 e alelo 1 Gene B alelo 0 e alelo 1 A 00 B 00 A 00 B 01 A 01 B 01 A 00 B 10 A 01 B 00 A 10 B 00 A 01 B 10 150 160 170 180 190 Herança Multifatorial com Limiar É o tipo de herança da maioria das malformações congênitas isoladas Falconer 1965 a susceptibilidade de determinada condição tem distribuição normal a expressão do fenótipo anormal é determinada por um limiar 23 24 05052023 13 Herança com limiar características descontínuas A 10 B 10 A 10 B 01 A 01 B 11 A 11 B 10 A 11 B 01 A 11 B 11 A 10 B 11 A 11 B 00 A 00 B 11 Risco herdado susceptibilidade N Gene A alelo 0 e alelo 1 Gene B alelo 0 e alelo 1 Doença se risco ou 2 A 00 B 00 A 00 B 01 A 01 B 01 A 00 B 10 A 01 B 00 A 10 B 00 A 01 B 10 Limiar 0 1 2 3 4 Herança com limiar características descontínuas A 10 B 10 A 10 B 01 A 01 B 11 A 11 B 10 A 11 B 01 A 11 B 11 A 10 B 11 A 11 B 00 A 00 B 11 Risco herdado susceptibilidade N Gene A alelo 0 e alelo 1 Gene B alelo 0 e alelo 1 A 00 B 00 A 00 B 01 A 01 B 01 A 00 B 10 A 01 B 00 A 10 B 00 A 01 B 10 Limiar sexo masculino 0 1 2 3 4 Limiar sexo feminino 25 26 05052023 14 Risco de Recorrência O RR é proporcional à gravidade da malformação O RR é maior quando o probando é do sexo menos afetado Característica com Limiar 27 28 05052023 15 Variação genética e ambiental 29 30 05052023 16 Tipos de ação gênica Aditiva Dominância ou interação alélica Completa Parcial Sobredominância Vigor do Híbrido Heterose Epistasia ou interação gênica aa Aa AA 20 mg 30 mg 40 mg 20 mg 40 mg 40 mg 20 mg 37 mg 40 mg 20 mg 50 mg 40 mg 31 32 05052023 17 Parâmetros Estimativas População Amostra Estatísticas 2 2s x Média n x x n i i 1 1 1 2 1 1 2 1 2 2 n n x x n x x s n i n i n i i Variância Estimativas 33 34 05052023 18 s x e 8 2 1 2 2 2 F F b a s s P P n Número de Genes n 4 1 da 2F Fração 35 36 05052023 19 Suposições Nenhuma dominância Nenhuma epistasia Contribuições iguais e aditivas de todos os locos Nenhuma ligação Homozigose completa de cada genitor e heterozigose completa em F1 P1 aabbccDD x AABBCCdd P2 F1 AaBbCd Dd F2 aabbccdd AABBCCDD Variação Transgressiva 37 38 05052023 20 genes 3 2 88 1426 8 5585 7247 2 n Onde n é o nº de genes Suposições não há dominância efeito aditivo o efeito de cada alelo seja igual não há interação epistática n 2 P P Efeito do alelo B A Contribuição de cada Alelo 39 40 05052023 21 É a proporção da variação fenotípica de uma população que é atribuível a diferenças genéticas h2 varia de 0 a 1 enviroment genotipe Phenotipe Herdabilidade E G P V V V 41 42 05052023 22 Em geral a herdabilidade de uma característica é diferente em cada população e em cada conjunto de ambientes Ela não pode ser extrapolada de uma população e de um conjunto de ambiente para outro Exemplos de Herdabilidade Esquizofrenia 085 Estatura 081 QI Binet 068 Asma 080 Fenda labialpalatina 076 Estenose pilórica 075 Pé torto 068 Defeito fechamento tubo Neural anencefalia 060 Permite definir programas de cruzamentos seletivos h2 alta Seleção Individual h2 baixa Seleção por família Ex Produção de leite de ovos Peso de gado Compreender como as populações naturais evoluem Ex Fertilidade resistência à doenças tamanho do corpo Útil na medicina e nos cuidados de saúde Ex Pressão sanguínea nível de colesterol Importância da h2 43 44 05052023 23 Característica h2 Estatura em seres humanos Produção de leite em gado Tamanho da prole em porcos Produção de ovos em galinhas Tamanho do rabo em camundongos Tamanho do corpo em Drosophila 065 035 005 010 040 040 Estimativas de herdabilidade Mueller e Young 1998 Doença Herdabilidade Esquizofrenia 85 Asma 80 Espondilite anquilosante 70 Hipertensão arterial 62 Luxação congênita de quadril 60 Úlcera péptica 37 Cardiopatia congênita 35 45 46 05052023 24 Tipos de Herdabilidade p g V V H 2 a Sentido Ampla b Sentido Restrito p a V V h 2 1 M 1 F x 2 23 7 milhões 2 23 7 milhões x 47 48 05052023 25 Herdabilidade em Humanos DZ MZ DZ V V V H 2 Estudo com gêmeos uni e bivitelino a a partir das variâncias fenotípicas b a partir da concordância DZ DZ MZ C C C H 1 2 Concordância Características MZ DZ Fenda Labial Pé torto Estenose pilórica Deslocamento do quadril Esquizofrenia Diabete melito dependente de insulina 40 30 22 33 60 50 4 2 2 3 10 10 49 50 05052023 26 Partição da variância genotípica eração ância do aditiva genotipica V V V V int min 4 VA 1 D A V V 4 1 2 1 Relação de Parentesco Covxy Vgenotípica h2 Meios irmãos 14 Irmãos completos 12 Pai Filho 12 VA 2 1 p MI V Cov 4 p IC V Cov 2 bPai Filho 2 S h R 2 SP S 1P R Seleção Artificial Diferencial de Seleção Resposta da Seleção 51 52 05052023 27 EFEITO LIMIAR Exemplos defeitos de fechamento de tubo neural lábio e palato fendidos estenose pilórica Indivíduos cuja suscetibilidade excedeu o limiar 53 54 05052023 28 MODELO LIMIAR Risco diferente conforme o sexo Ex palato e lábio fendidos mais comum no sexo masculino um casal com uma filha afetada tem risco de recorrência maior que um casal com filho afetado a recorrência deve ser mais provável ocorrer em filho do sexo masculino Exemplo de Limiar maior para mulher homens mulheres 55 56 05052023 29 Critérios para Herança Multifatorial 1 O risco de recorrência é muito maior para parentes em 1º Grau do que parentes mais distantes Nos monogênicos 50 a cada grau de parentesco 50 irmãos 25 para tio sobrinho 125 primos em primeiro grau 2 O risco aumenta se mais de um membro da família for afetado Exemplo risco de recorrência de um irmão para lábio leporino 4 se tiver um irmão afetado 10 se tiver dois irmãos afetados O risco para doenças monogênicas não muda Critérios para Herança Multifatorial 57 58 05052023 30 3 Se a expressão no probando é mais grave o risco de recorrência é maior Indica que a pessoa afetada está em um extremo da distribuição de suscetibilidade Exemplo ocorrência bilateral de fenda labialpalatina Unilateral 25 Bilateral 56 Critérios para Herança Multifatorial 4 O risco de recorrência é maior se o probando é do sexo menos comumente afetado Porque uma pessoa afetada do sexo menos suscetível está em geral numa posição mais extrema na distribuição de suscetibilidade Critérios para Herança Multifatorial 59 60 05052023 31 DOENÇAS DA VIDA ADULTA Artrite reumatóide Esclerose múltipla Epilepsia Esquizofrenia Distúrbio afetivo Autismo Doenças cardíacas coronárias receptor de LDL e apolipoproteínas Diabetes mellitus Obesidade H2 6080 hormônio leptina e seu receptor Alcoolismo Tipo II H288 receptor D2 de dopamina Doença de Alzheimer Melhoramento Genético 61 62 05052023 32 Melhoramento de cavalos Começou a formarse por volta de 1611 pelo cruzamento dos cavalos trazidos por ingleses e espanhóis e cavalos de indígenas nativos Atinge até 88 kmh Seleção Artificial Era feita a partir de características fenotípicas Salto Corrida Trabalho e Rédeas Altura da cernelha Comprimento da garupa e dorso lombar Comprimento do corpo Ganho monetário e premiações Agilidade Temperamento 63 64 05052023 33 Miopatia por Armazenamento de Polissacarídeos MAP Autossômica dominante Ela é causada por um defeito no Gene do Glicogênio Sintase GSN Mutação pontual no gene GYS1 acúmulo de glicogênio e peptídeos nas fibras musculares Hipertermia Maligna HM Genética autossômica dominante Mutação no gene RYR1 que codifica um canal de cálcio do músculo esquelético também chamado de receptor rianodina Quando há mutação a função do receptor rianodina fica alterada e leva à liberação excessiva e contínua de cálcio 65 66 05052023 34 Seleção Gênica Os genes envolvidos com crescimento muscular crescimento esquelético metabolismo energético muscular sistema cardiovascular e sistema nervoso FKTN INSR GYS1 CLCN1 MYLK SYK ANG CNTFR HTR2B O sequenciamento em conjunto com estudos específicos ajudam a seleção através da identificação de genes responsáveis pela expressão das proteínas Monocarboxilatos MCT Melhoramento de gado Raça Holandesa 6 a 10 mil kg em 305 dias de lactação 67 68 05052023 35 RAÇA GIROLANDO CRUZAMENTO HOLANDÊS HOL X GIR G Fixação do padrão racial na proporção de sangue com 58 HOL 38 GIR ESTRATÉGIA DE CRUZAMENTO 69 70 05052023 36 X PS GIROLANDO A maior vaca de todos os tempos Mais de 120kg de produção de leite em um único dia 71 72 05052023 37 Melhoramento de Aves frangos para a produção de carne evoluiu para modelos intensivos onde o potencial genético dos frangos é responsável por grande parte dos ganhos de produtividade Esse ganho ocorreu especialmente pelo desenvolvimento e aprimoramento do melhoramento genético de aves 73 74 05052023 38 Principais raças utilizadas no Brasil Landrace Large White Hampshire Duroc Piétrain 75 76 05052023 39 Beneficio do melhoramento genético Foto Maiscarnesuinacombr Raças caninas 77 78 05052023 40 FILA BRASILEIRO Muito se especula sobre as raças que deram origem ao Fila Brasileiro dentre elas 79 80 05052023 41 OSTREICULTURA Melhoramento Genético do Algodão 81 82 05052023 42 O algodoeiro é uma das espécies cultivadas mais antigas e importantes para a humanidade sendo responsável pelo sustento de milhões de pessoas em todo o mundo É uma planta de origem tropical bastante versátil e de grande adaptação Por sua resistência à seca essa espécie é especialmente importante para as regiões semiáridas do planeta Produção Nacional Fonte ABRAPA Associação Brasileira dos Produtores de Algodão Atualmente 59 da produção brasileira é oriunda da região Centro Oeste e 38 da região Nordeste Aproximadamente 98 da produção nacional ocorre na região do Cerrado 83 84 05052023 43 Aproveitamento O principal produto do algodoeiro é a fibra que com 94 de celulose em sua composição representa 35 a 45 da produção total e corresponde à fibra natural mais consumida no mundo abastecendo 50 do mercado mundial de fibras têxteis SANTOS et al 2008 O algodoeiro é uma planta de aproveitamento integral fibra semente planta o que resulta em uma cadeia produtiva das mais longas e complexas Arroz Melhoramento genético 85 86 05052023 44 ARROZ FAMILIA Poaceae GÊNERO Oryza Várzeas Terras altas No Brasil a maior parcela da produção de arroz do país é proveniente do ecossistema várzeas A disponibilidade de água para a cultura é totalmente dependente da ocorrência de chuva 87 88 05052023 45 Melhoramento Genético Objetivo do Melhoramento Genético Epagri Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina alta produtividade boas características agronômicas boa arquitetura folha bandeira longa e ereta e bom vigor inicial Resistência à brusone Desenvolvidas pela Embrapa arroz Talento Soberana Primavera Bonança Colosso e o arroz Coringa o mais novo lançamento de arroz para terras altas Cultivares mais eficientes na absorção de fósforo Aumentar o teor de ferro do arroz Gramínea América Central México Significado do nome Sustento da Vida Ancestral Teosinte Domesticação do milho Origem do milho 89 90 Teosinte Modern Corn 91 POPULAÇÃO DE PLANTAS A POPULAÇÃO DE PLANTAS B PÓLEN PÓLEN PÓLEN PÓLEN HIBRIDO 5000 kgha RESTABELECIMENTO DO VIGOR PELO CRUZAMENTO HETEROSE DEPRESSÃO DO VIGOR DEVIDO À ENDOGAMIA 92 05052023 47 Milho Doce Milho Branco Programas de melhoramento Bancos de Germoplasma Objetivo Selecionar o genótipo das plantas que melhor respondem ao ambiente Cruzar linhagens puras 93 94 05052023 48 Técnicas significativas Indução de Haploidia rapidez de novas linhagens híbridas Uso de marcadores moleculares Tecnologia do DNA recombinante Tangerina Maria Em 2017 o Instituto Agronômo de Campinas IAC apresentou a tangerina Maria 95 96 05052023 49 CRUZAMENTO Cruzamento entre tangerina murcott e laranja pera Analise e seleção de características favoráveis para sua comercialização Foram 20 anos de testes CARACTERÍSTICAS Tamanho maior do que as convencionais Fácil remoção da casca Sabor doce e cítrico Aromático Suculento Poucas Sementes 97 98 05052023 50 Vantagens Resistência a doenças doença Mancha marrom de Alternária Frutos maiores Alta produtividade Redução de custos com fungicida Redução de aplicações MELHORAMENTO GENÉTICO DO TRIGO 99 100 05052023 51 NÚMERO DE CROMOSSOMOS PRINCIPAIS OBJETIVOS Adaptação aos solos ácidos Resistências à moléstias Redução da estatura da planta Qualidade da panificação para comercialização Resistencia tolerância a geada durante a fase reprodutiva Rendimento de grãos 101 102 Quadro 2 Rendimento de grãos kgha em alguns estados brasileiros em dois períodos Períodos Estados 19621984 19851996 Minas Gerais 1177 3287 Mato Grosso do Sul 719 1152 Paraná 865 1580 Rio Grande do Sul 801 1517 Santa Catarina 546 1311 São Paulo 912 1600 Brasil 821 1523 103